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薄板鋼骨結構體系多層住宅的防火技術研究

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    一、概述
    　　（一）薄板鋼骨結構體系住宅的應用現狀
    　　近些年，以薄板輕鋼作為承重骨架，以輕型墻體材料作為圍護結構所構成的薄板鋼骨結構體系在歐美和日本等地區國家的住宅建筑中得到廣泛的應用。與傳統的住宅結構相比，該結構體系具有建筑空間布置靈活、抗震性能好、施工方便、綜合經濟效益好、可以實現住宅建設的工業化和產業化等特點。
    　　在國外，薄板鋼骨結構體系大都由木結構體系演化而來。由于國外人少地廣且考慮到抗震要求等原因，該結構體系主要用作三層以下的別墅住宅、公寓及其他低層民用住宅。據統計，2002年薄板鋼骨結構體系住宅占美國住宅建筑總量的25%左右。在日本，該類住宅自1996年阪神大地震后的十年間，每年以近一萬棟的規模發展。這些都說明，國外薄板鋼骨結構體系在低層住宅中的應用普遍，技術成熟，并具備相應的設計、建造標準。如美國的《薄板輕鋼房屋體系慣用法》（Prescriptive Method，適用于1~3層），澳大利亞的《金屬框架房屋體系標準》AS 2623-1993（適用于1~2層），日本的《薄板輕鋼房屋體系設計手冊》（適用于3層以下），以及國際規范委員會（ICC）于2000年出版的適用于薄板輕鋼房屋體系的《國際建筑規范》等。但國外將薄板鋼骨結構體系用于多層住宅建筑并不多見。現有的資料顯示，加拿大有將輕鋼板肋結構體系應用到8層旅館的建筑實例。美國有用薄板輕鋼房屋體系建成的6層公寓。
    　　近幾年，我國在建設部大力推行鋼結構住宅政策的推動下，不少房屋開發公司正逐步研究從國外引進低層薄板輕鋼房屋體系，并已在北京、上海、大連、武漢、天津等地應用，主要用于建造1~3層的獨棟或聯排住宅或別墅。相應的CECS《多層冷彎薄壁型鋼住宅技術規程》正在編制過程中。總之，我國薄板鋼骨結構體系在住宅建筑中的應用尚屬初步發展階段。
    　　在我國可用土地資源緊張而鋼產量相對充裕的現實情況下，國家倡導輕鋼結構住宅的建設有著重要的意義，亦與環保、節能的可持續發展政策和“綠色住宅”理念相符。隨著我國住宅產業化步伐的加快以及鋼結構住宅技術的應用，鋼結構住宅建筑必將成為我國住宅的一種新型式。因此，開發薄板鋼骨結構體系多層住宅對滿足我國住宅建設的需要大有益處。針對我國國情，就引進國外先進的薄板鋼骨結構體系用于多層住宅建設所帶來的消防安全問題進行技術可行性研究，非常有必要。
    　　（二）薄板鋼骨結構體系住宅的防火問題
    　　鋼結構為不燃結構，但耐高溫而不耐火，因此鋼結構本身的防火保護此類結構形式建筑技術應用中應重點解決的問題之一，薄板鋼骨結構也不例外。
    　　目前，國際上建造的薄板鋼骨結構體系低層住宅（3層及3層以下），其防火設計依據多為綜合性性建筑規范，很少有專門的防火規范。由于輕鋼房屋體系應用于多層住宅建筑的情況較少，相應的防火要求幾乎沒有。我國的建筑主要是以磚混和鋼混等結構為主，在薄板鋼骨結構體系住宅建筑防火方面的技術要求和標準相對滯后，不能滿足當前在中國推行薄板鋼骨結構體系多層住宅建筑的實際需要。
    　　本文比較了各國有關薄板鋼骨結構體系多層住宅在建筑構件的耐火極限、建筑的防火間距和其它防火措施等方面的要求。在此基礎上，分析和提出了我國薄板鋼骨結構體系多層住宅的防火技術要求建議以及還需進一步開展的相關研究工作。
    　　二、國外現行規范的防火要求
    　　（一）美國
    　　《國際建筑規范》是為統一美國《國家建筑規范》、《統一建筑規范》和《標準建筑規范》而制定的，其內容主要以這三項規范為基礎。《國際建筑規范》將供人員睡眠休息的居住建筑劃分為Group R，包括R-1、R-2、R-3和R-4四種類型。其中多層住宅屬于R-2類居住建筑（人員長期使用的，含有超過兩個居住單元的建筑物，如住宅樓、宿舍、修道院等）。
    　　1、耐火極限
    　　《國際建筑規范》將建筑物的耐火類別按NFPA220的規定劃分為Type I~V共5類，相應構件的耐火極限如表1所示。其中，Type I和II結構的構件應采用不燃燒材料。Type III結構的外墻應采用不燃材料，內部建筑構件可根據規范規定選擇。Type IV結構（重木結構）的外墻應采用不燃材料，內部建筑構件可以為重木構件。Type V結構建筑構件可以選用規范允許的任何材料。對Group R類建筑，除Type I 型建筑外，其他類型建筑的最大允許層數不應超過4層，且建筑高度不應超過18m。但對于全部設有自動噴水滅火系統保護的建筑物，其最大允許高度可以增加到24m，最大允許層數可以增加到5層。

    李引擎等：薄板鋼骨結構體系多層住宅的防火技術研究

    　

    　　一、概述
    　　（一）薄板鋼骨結構體系住宅的應用現狀
    　　近些年，以薄板輕鋼作為承重骨架，以輕型墻體材料作為圍護結構所構成的薄板鋼骨結構體系在歐美和日本等地區國家的住宅建筑中得到廣泛的應用。與傳統的住宅結構相比，該結構體系具有建筑空間布置靈活、抗震性能好、施工方便、綜合經濟效益好、可以實現住宅建設的工業化和產業化等特點。
    　　在國外，薄板鋼骨結構體系大都由木結構體系演化而來。由于國外人少地廣且考慮到抗震要求等原因，該結構體系主要用作三層以下的別墅住宅、公寓及其他低層民用住宅。據統計，2002年薄板鋼骨結構體系住宅占美國住宅建筑總量的25%左右。在日本，該類住宅自1996年阪神大地震后的十年間，每年以近一萬棟的規模發展。這些都說明，國外薄板鋼骨結構體系在低層住宅中的應用普遍，技術成熟，并具備相應的設計、建造標準。如美國的《薄板輕鋼房屋體系慣用法》（Prescriptive Method，適用于1~3層），澳大利亞的《金屬框架房屋體系標準》AS 2623-1993（適用于1~2層），日本的《薄板輕鋼房屋體系設計手冊》（適用于3層以下），以及國際規范委員會（ICC）于2000年出版的適用于薄板輕鋼房屋體系的《國際建筑規范》等。但國外將薄板鋼骨結構體系用于多層住宅建筑并不多見。現有的資料顯示，加拿大有將輕鋼板肋結構體系應用到8層旅館的建筑實例。美國有用薄板輕鋼房屋體系建成的6層公寓。
    　　近幾年，我國在建設部大力推行鋼結構住宅政策的推動下，不少房屋開發公司正逐步研究從國外引進低層薄板輕鋼房屋體系，并已在北京、上海、大連、武漢、天津等地應用，主要用于建造1~3層的獨棟或聯排住宅或別墅。相應的CECS《多層冷彎薄壁型鋼住宅技術規程》正在編制過程中。總之，我國薄板鋼骨結構體系在住宅建筑中的應用尚屬初步發展階段。
    　　在我國可用土地資源緊張而鋼產量相對充裕的現實情況下，國家倡導輕鋼結構住宅的建設有著重要的意義，亦與環保、節能的可持續發展政策和“綠色住宅”理念相符。隨著我國住宅產業化步伐的加快以及鋼結構住宅技術的應用，鋼結構住宅建筑必將成為我國住宅的一種新型式。因此，開發薄板鋼骨結構體系多層住宅對滿足我國住宅建設的需要大有益處。針對我國國情，就引進國外先進的薄板鋼骨結構體系用于多層住宅建設所帶來的消防安全問題進行技術可行性研究，非常有必要。
    　　（二）薄板鋼骨結構體系住宅的防火問題
    　　鋼結構為不燃結構，但耐高溫而不耐火，因此鋼結構本身的防火保護此類結構形式建筑技術應用中應重點解決的問題之一，薄板鋼骨結構也不例外。
    　　目前，國際上建造的薄板鋼骨結構體系低層住宅（3層及3層以下），其防火設計依據多為綜合性性建筑規范，很少有專門的防火規范。由于輕鋼房屋體系應用于多層住宅建筑的情況較少，相應的防火要求幾乎沒有。我國的建筑主要是以磚混和鋼混等結構為主，在薄板鋼骨結構體系住宅建筑防火方面的技術要求和標準相對滯后，不能滿足當前在中國推行薄板鋼骨結構體系多層住宅建筑的實際需要。
    　　本文比較了各國有關薄板鋼骨結構體系多層住宅在建筑構件的耐火極限、建筑的防火間距和其它防火措施等方面的要求。在此基礎上，分析和提出了我國薄板鋼骨結構體系多層住宅的防火技術要求建議以及還需進一步開展的相關研究工作。
    　　二、國外現行規范的防火要求
    　　（一）美國
    　　《國際建筑規范》是為統一美國《國家建筑規范》、《統一建筑規范》和《標準建筑規范》而制定的，其內容主要以這三項規范為基礎。《國際建筑規范》將供人員睡眠休息的居住建筑劃分為Group R，包括R-1、R-2、R-3和R-4四種類型。其中多層住宅屬于R-2類居住建筑（人員長期使用的，含有超過兩個居住單元的建筑物，如住宅樓、宿舍、修道院等）。
    　　1、耐火極限
    　　《國際建筑規范》將建筑物的耐火類別按NFPA220的規定劃分為Type I~V共5類，相應構件的耐火極限如表1所示。其中，Type I和II結構的構件應采用不燃燒材料。Type III結構的外墻應采用不燃材料，內部建筑構件可根據規范規定選擇。Type IV結構（重木結構）的外墻應采用不燃材料，內部建筑構件可以為重木構件。Type V結構建筑構件可以選用規范允許的任何材料。對Group R類建筑，除Type I 型建筑外，其他類型建筑的最大允許層數不應超過4層，且建筑高度不應超過18m。但對于全部設有自動噴水滅火系統保護的建筑物，其最大允許高度可以增加到24m，最大允許層數可以增加到5層。

    　　注：a.結構框架指的是設計用來支撐重力荷載的柱和大梁、梁、桁架以及與柱和支撐構件直接連接的拱肩。不與柱直接連接的樓面和屋面板單元必須當作第二類單元并且不能當作此類結構框架；
    　　b.屋面支撐：對于只支持屋面的結構框架和承重墻，耐火等級可以降低1h；
    　　c. 如果防火間距大于0.9m，其非承重外墻耐火極限不限；
    　　d.設有符合要求的自動消防系統時，可以允許替代1h防火等級的結構；
    　　e.對結構單元的防火保護沒有要求。
    　　2、防火間距
    　　表2給出了《國際建筑規范》對居住建筑的防火間距要求。其中對于居住建筑，外墻上的無保護開口面積不應超過25％。

    　 如果任何一層的外墻同時有無保護和有保護的開口，其開口面積之和應滿足下列公式。
    　　A/a+Au/au≤1.0
    　　式中:
    　　A=實際開口面積或有保護開口的等效面積Ae.
    　　a=允許的開口面積；
    　　Au=實際無保護開口面積
    　　au=允許無保護開口面積
    　　當居住建筑全部設有自動噴水滅火系統保護時，表2中最大允許的無保護開口面積可以與有保護的開口面積相同。
    　　3、主動消防設施
    　　《國際建筑規范》規定，R-2類居住建筑，當包括地下室在內高度超過2層或超過16套居住單元時，建筑物內應全部設置自動噴水滅火系統。NFPA 13R也規定，R組建筑物超過3層時應全部設置自動噴水滅火系統。
    　　（二）加拿大
    　　加拿大的薄板鋼骨結構體系多層住宅設計主要依據《國家建筑規范》和《國家防火規范》。《國家建筑規范》適用于新建、改建和擴建建筑的設計、建造。《國家防火規范》主要適用于既有建筑的火災預防與消防安全管理。在《國家建筑規范》中，居住建筑包括公寓、寄宿場所、宿舍、賓館、住宅、汽車旅館等，建筑類型屬Group C。
    　　1、耐火極限
    　　《國家建筑規范》規定，如果建筑允許使用可燃結構，可以采用可燃材料。除規范另有規定外，規定為不燃結構的建筑物，應采用不燃材料建造。對于不同類型的結構，所有的承重構件如墻、柱、梁的耐火極限不應低于其所支撐的樓板或屋頂構件的耐火極限。如果建筑構件要求為不燃結構，且有耐火極限要求時，該構件的支撐結構應為不燃結構。當由不燃結構支撐可燃結構時，應避免可燃結構在火災情況下受到破壞影響不燃結構的性能。
    　　用于Group C建筑的防火墻應為耐火極限不低于2h的不燃結構。用作防火分隔的任何墻體或樓板都應保持連續性，且應具有規范所規定的耐火極限。防火分隔體上的開口應采取相應的防火保護措施。不同使用功能場所之間應進行防火分隔，其分隔構件的耐火極限應符合表3的規定。其中對于居住和商店合建的建筑，當居住部分層數不超過3層，且不超過2戶時，居住部分與商店部分的防火分隔構件的耐火極限可不低于1h。

    　 注：a.如電影院、圖書館、舞臺在中心的劇場、露天體育場等
    　　b.如監獄、醫院等
    　　《國家建筑規范》還針對特定情況下建筑結構的耐火極限等做了相應規定，見表4。

    　2、防火間距
    　　根據《國家建筑規范》，建筑外墻無保護開口的情況用無保護開口的總面積和外墻的面積之比值來衡量。表5給出了超過2層的Group C類建筑對應于不同建筑間距下的最大允許無保護開口面積。

    3、主動消防設施
    　　在加拿大，一般3層以上的住宅都要求設置自動噴水滅火系統。
    　　（三）瑞典
    　　瑞典的《建筑條例》包括強制性條款和一般性的推薦條款，是瑞典建筑設計的依據。在《建筑條例》中設獨立的章專門討論建筑火災安全問題。根據建筑物的火災危險和可能造成的人員傷亡，將建筑分成3類，并根據火災荷載的不同規定了相應構件的耐火極限。
    　　1、 耐火極限
    　　建筑物的耐火等級分為Br1，Br2和Br3三級。該分級主要考慮人員逃生和建筑倒塌對人員的影響。其中三層以上的建筑耐火等級須為Br1級，即可能造成重大人員傷亡的建筑。《建筑條例》主要針對Br1級建筑的承重和分隔構件，室內裝修等做出要求。可能造成中等人員傷亡的建筑應為Br2級建筑，其它建筑可為Br3級建筑。
    　　建筑結構和非結構構件的耐火極限不應低于表6的規定，防火墻的耐火極限不低于表7的規定，根據承重能力確定的建筑物耐火極限不應低于表8的要求。

    　注：E為整體性，EI為整體性和隔熱性。
    　　表6(b) Br2和Br3類建筑物的結構和非結構構件的耐火極限
    　　如果與疏散通道、可燃物的距離足以保證人員安全撤離或者火災蔓延風險不會增加，則耐火極限中要求EI的，可降低為只要求E。


    2、防火間距
    　　《建筑條例》規定，當建筑物與鄰近建筑物的距離小于4m時，設計中應考慮火災會從該建筑物蔓延至鄰近建筑物的風險。當與鄰近建筑物的距離不低于8m時，則可以不考慮上述要求。此外，獨立式/半獨立式住宅之間應有間距，并且保證1h之內不能蔓延至相鄰建筑物。獨立式/半獨立式住宅與面積大于10m2的輔助建筑之間的距離小于4m時，相鄰建筑之間應防止火災從一部分蔓延至另一部分，且耐火時間不應低于0.5h。
    　　3、主動消防設施
    　　瑞典的主動消防設施以消火栓系統為主，同時非常注重火災中的安全疏散。規范中對建筑物內采用不同的疏散路徑（如僅一個疏散樓梯、多個疏散樓梯、疏散窗等）時安全疏散的可能性都有具體分析。
    　　（四）德國
    　　《通用建筑規范》對建筑的耐火極限和防火間距都做了要求，見表9和表10。


    　 （六）日本
    　　日本建筑的防火設計主要參照《建筑基本法》和《消防法》。《建筑基本法》主要涉及建筑物本身構件、材料和平面布局，而《消防法》則側重于對建筑中附加的消防設施做出規定。
    　　1、耐火極限
    　　《建筑基本法》中根據建筑物的密集程度及地域功能等，指定了防火地域或準防火地域。在各地域內建筑的建筑物須滿足相應的耐火建筑物、準耐火建筑物或其它建筑的耐火性能要求。
    　　《建筑基本法》規定所有的結構分成三大防火類別：耐火性結構、1h準耐火性結構和45min準耐火性結構。同時裝修材料分為不燃性材料、準不燃材料和難燃材料三個級別。一般居室允許使用難燃材料，廚房、走廊、樓梯和地下部分則要求使用準不燃和不燃材料。但當建筑中設置了自動滅火和自動排煙系統后，可不對內裝修材料提出防火要求。
    　　表13給出了對于耐火性結構各構件的耐火極限規定。

    2、防火間距
    　　日本居住建筑間的防火間距最小可為0.5m。對于4層以下的建筑，其外墻的耐火極限應不低于1h。
    　　3、 消防設施
    　　按照《消防法》的要求，日本住宅消防設施的設置原則取決于建筑的層數和樓層平面疏散的設計，并且是沿著同一座建筑的高度，從上到下分段規定。規范要求所有的住宅都必須設家用滅火器、室內消火栓、警報器等。日本目前建造的低層輕鋼住宅，做到了在每間屋內都設火災報警器；在每戶里，每層間都設置ABC干粉滅火器；每戶均有逃生軟梯，直通地面；并且每棟樓都增設外掛樓梯。
    　　三、國內現行規范的防火要求
    　　我國多層建筑在防火設計方面主要依循的規范是《建筑設計防火規范》和《住宅建筑規范》。《建筑設計防火規范》適用于9層及9層以下的居住建筑（包括設置商業服務網點的居住建筑）。
    　　（一）耐火極限
    　　《建筑設計防火規范》將民用建筑的耐火等級分為一、二、三、四級，規定三級耐火等級的建筑可以建造5層，四級耐火等級的建筑可以建造2層。《住宅建筑規范》將住宅的耐火等級也劃分為一、二、三、四級，四級耐火等級的住宅建筑最多允許建造層數為3層，三級耐火等級的最多允許層數為9層。但《建筑設計防火規范》和《住宅建筑規范》在相同耐火等級中，對構件耐火極限的規定不盡相同，如表14所示。


    目前，國內《多層冷彎薄壁型鋼住宅技術規程》正在編制過程中，該規程只適用于低層和別墅建筑，其中對于建筑耐火極限的要求與《建筑設計防火規范》一致。
    　　（二）防火間距
    　　《建筑設計防火規范》和《住宅建筑規范》中都對民用建筑之間的防火間距做出了規定，分別見表16(a)和表16(b)。可以看出這兩個規范規定的民用建筑間的防火間距是一致的。

    注：1 兩座建筑物相鄰較高一面外墻為防火墻或高出相鄰較低一座一、二級耐火等級建筑物的屋面15m范圍內的外墻為防火墻且不開設門窗洞口時，其防火間距可不限；
    　　2 相鄰的兩座建筑物，當較低一座的耐火等級不低于二級、屋頂不設置天窗、屋頂承重構件及屋面板的耐火極限不低于1.0h，且相鄰的較低一面外墻為防火墻時，其防火間距不應小于3.5m；
    　　3 相鄰的兩座建筑物，當較低一座的耐火等級不低于二級，相鄰較高一面外墻的開口部位設置甲級防火門窗，或設置符合現行國家標準《自動噴水滅火系統設計規范》GB50084規定的防火分隔水幕或本規范第7.5.3條規定的防火卷簾時，其防火間距不應小于3.5m；
    　　4 相鄰兩座建筑物，當相鄰外墻為不燃燒體且無外露的燃燒體屋檐，每面外墻上未設置防火保護措施的門窗洞口不正對開設，且面積之和小于等于該外墻面積的5%時，其防火間距可按本表規定減少25%；
    　　5 防火間距應按相鄰建筑物外墻的最近距離計算，當外墻有凸出的燃燒構件時，應從其凸出部分外緣算起。

    　　（三）消防設施
    　　我國只對6層以上的住宅要求設室內消火栓，只對高層高級住宅和100 m以上普通高層住宅要求設自動報瞥和滅火系統。對多層建筑沒有具體的消防設施要求。
    　　四、國內外防火規范要求的比較
    　　（一）耐火極限比較
    　　基于不同的建筑分類，各國規范都對建筑構件的燃燒性能和耐火極限作了規定，將其作為建筑物耐火性能好壞的基準。比較來看，美國和加拿大的規范較類似，都是根據結構燃燒性能的不同進行分類。其中美國規范分為五種結構類型，加拿大規范分為可燃結構和不燃結構兩類。瑞典規范根據建筑物的火災危險和可能造成的人員傷亡分成3類建筑，并根據火災荷載的不同規定了相應構件的耐火極限。德國和瑞士的規范規定比較接近，分別對獨立建造和不同層數的住宅建筑耐火極限作了規定。中國的規范依據火災危險性和層數的不同將住宅建筑分為四類耐火等級。與我國采用單一的耐火極限概念不同，歐美國家（如瑞士、德國、瑞典）和日本大都將統一的耐火極限概念分解成穩定性（S）、隔熱性（I）和完整性（E）三個指標來評定，從而可以根據具體部位分別提出數值要求。美國和加拿大雖然也采用單一的耐火極限概念，但是它們分別針對多種建筑構件的分類或是多種具體的樓層等進行了詳細的討論。總的來說，國外標準在建筑構件耐火極限的規定上指標更靈活，分類更細，更利于設計人員合理的應用。
    　　為了方便比較，表17（a）（b）分別給出了建造3層或6層住宅時各國規范對主要建筑構件耐火極限的最低要求。

    注：表中數據沒有考慮采取加強主動消防措施后的相應適當放寬情況。
    　　從表17可以看出，對于低層住宅（小于3層），各國規范對建筑構件的耐火極限要求均在0.5~1.0h之間，對建筑構件燃燒性能的要求以中國規范最為嚴格。與低層住宅相比，各國規范對多層住宅（小于6層）的耐火極限要求都有大幅提高，各國規范之間的差異也變得明顯，相比之下，我國對樓板的耐火極限要求是最低的；同時各國規范對建筑構件耐火性能的要求大都變得嚴格。
    　　此外，各國的規范中都規定了當建筑物內另設有規范要求外的消防措施時，對該建筑的相關防火要求可酌情考慮的相應條文。在這一方面國外規范的相關規定較我國細致和明確，相應的替代方案更多，對構件耐火極限、材料燃燒性能、最大允許防火分區面積等都有相應放寬要求的規定。與我國只能在建筑物設置自動滅火系統后適當放寬防火分區建筑面積的規定相比，國外的相關規定更靈活也更符合實際。
    　　（二）防火間距比較
    　　住宅建筑與相鄰建筑之間的防火間距應根據建筑用途、耐火等級、建筑高度以及外墻防火構造等因素確定。對比各國的規范可以看出，美國和加拿大的規范都是根據外墻的材料和開口情況來確定相鄰建筑之間的防火間距。瑞典的規范規定防火間距小于4m的情況下應考慮采取防止火災蔓延的措施。德國、瑞士的規范之間規定了最小的防火間距數值。中國的規范既考慮了開口的情況，也對一些類別的建筑防火間距作了規定。
    　　對不超過6層的多層住宅建筑，當外墻門窗洞口面積之和不超過外墻面積10％時，各國規范對于建筑物防火間距的要求如表18所示。

    注：這些數據沒有考慮采取加強防火保護措施或分隔措施后間距可以進一步減少的規定。
    　　可以看出，中國、德國、瑞典和瑞士規范規定的防火間距較大，在4~8m之間；美國、加拿大的次之，在1.2~3m之間；日本規范的防火間距要求最小。
    　　（三）消防設施比較
    　　國外的多層住宅在消防系統的設置要求上較我國嚴格得多，相應的配套程度、自動化水平也較我國先進。
    　　（四）基于比較結果的分析
    　　與國外的現行標準相比，單就建筑構件耐火等級和建筑物間的防火間距而言，我國標準的要求總體上要高于歐美及日本等國的規定，在低層住宅中這一差距尤為明顯。但我國對多層住宅的消防設施配備則弱于上述發達國家。這實際上是各國的經濟發展水平、消防安全管理體制與水平，以及公眾的消防安全意識上存在的差異，在技術標準上的反映。與我國更多地強調通過對建筑構件耐火極限的要求，以實現良好的防火分隔，把住宅防火問題引入單個住戶單元不同，國外類似規范的制定原則在考慮將火勢限制在一定范圍內，使其不向相鄰的建筑擴散的同時，更注重火災發生時的逃生功能，即在等待及時救援的時間內實現人員從建筑物內的安全疏散。也就是說，我國建筑的防火更多依靠保證建筑構造的被動防火功能來實現，而國外的建筑防火則通過采取疏散、滅火救援等主動防火的措施來弱化對被動防火的要求。總之，無論是加強被動防火系統還是著重主動防火系統，都應使建筑的整體消防安全水平既要保障人員安全又要與建筑投資統一。
    　　考慮到我國與這些發達國家在經濟水平等方面存在的差別，就當前情況下我國在建筑防火規范制定上的側重難免有一些不同。今后，隨著我國經濟的不斷發展，配套設施和制度的完善，我國的住宅防火規范也會進行積極的調整，通過規定安裝一些輔助的避難器具、設置疏散指示標識等方法來強化疏散，從而使規范對建筑防火的要求將更趨合理、完善。
    　　五、日本薄板鋼骨結構防火安全研究
    　　新日鐵公司經過歷時5年的研發與推廣，薄板鋼骨結構已有了較大的發展。在日本已經有越來越多的民眾接受這種建設速度快、綠色環保、抗震性能高的薄板鋼骨結構。雖然這種結構校一般的木結構建筑在防火性能上有了較大優勢，完全可以取代日本傳統的木結構住宅。但如果擴大其使用范圍，使其不僅可以作為獨立住宅也可以作為集合住宅而走進市場的話，則需要進行相應的設計、試驗研究以滿足建筑防火設計規范中一系列防耐火要求。從日本目前的情況看，經過新日鐵公司以及日本相關建設單位的參與，他們在薄板鋼骨結構的防耐火性能研究中已取得了初步可行的結果，其耐火性能完全可以滿足日本規范三層建筑的防耐火要求。
    　　從日本新日鐵的研究結果看，無論是墻體（包括外墻及內隔墻）還是樓板體系統均可以達到日本建筑防火設計中耐火建筑1小時耐火時間的要求。從日方提供及現場體驗的結果看，日本方面為保證墻板及樓板體系的耐火性能主要采取了以下措施：
    　　采用耐火性能較高的板材，如不燃水泥基外墻板、耐火石膏板等作為基本材料。這兩種材料在進行耐火試驗時有助于延長墻板或樓板的耐火時間，這主要在于這兩種材料的抗火性能較好，在受火條件下不易過早出現裂縫等破壞情況，有助于延長系統的耐火完整性時間。
    　　采用斷熱橋的方式。在板材內隔墻的設計上，雖然出于隔聲的考慮而采取了兩側龍骨錯位設計的概念，這一設計思路不僅起到了良好的隔聲效果，同時也起到斷熱橋的效果，有利于隔墻受火時延緩背火面溫度由于龍骨的導熱而升溫過快。
    　　墻系統中在板接縫處增加止火帶，以阻止板與板接縫處可能的竄火、漏火情況的發生。
    　　在墻板與樓板的設計中由于其自身其他性能的要求，如隔聲、結構承載等，使得墻板或樓板總厚相對普通輕鋼龍骨結構的要厚，而這樣的結構在很大程度由于空氣層的增大而使得其隔熱性能增強，有助延長耐火隔熱性能時間。
    　　（一）中、日兩國構件的耐火性能比較
    　　通過日本專家的介紹，我們知道在日本而于構件耐火性能的要求是基于日本國建筑基本法而執行的。分為耐火建筑、準耐火建筑以及防火建筑。而這種分類又似乎是與建筑物周邊的情況以及建筑物自身的重要性、面積等有著直接的關系。作為一般性的民用獨棟住宅僅為防火建筑，而1-3層的集合住宅則要求為耐火建筑。兩者的區別在于對構件耐火性能的要求完全不同。作為1-3層的集合式住宅，其承重墻及樓板的耐火性能要求完整性及隔熱性均要達到1小時。
    　　在中國，建筑物的耐火等級是依據建筑物組成構件的燃燒性能、防火間距、建筑面積等決定的。目前關于多層建筑的建筑設計防火規范可規定主要有《建筑設計防火規范》（GB50016-2006）及《住宅建筑規范》（GB50368-2005），這兩本規范中均涉及到多層居住建筑，但在《建筑設計規范》（GB50368-2005）第5.1.1條中指出，住宅建筑構件的耐火極限和燃燒性能可按一行國家標準《住宅建筑規范》（GB50368）的規定執行。為便于比較，表1中給出了中、日兩國相關規范在的要求。
    　　無論是中國的住宅規范還是建筑設計防火規范，對于建筑構件的燃燒性能都作了規定，這似乎與日本規范有所不同。我們從表1中可以看出，無論是住宅規范還建筑設計防火規范對于4層以上的住宅的構件都要求是不燃燒性的材料。
    　　表1 規范比較（略）
    　　在表1中我們注意到，即使在日本，如果該類住宅建到5層的話，其耐火性能也要大幅度提高。而在我國的住宅建筑規范中，則在承重墻與樓板的耐火性能上有所降低。而中、日兩國在耐火性能的要求上也是略有不同的。在中國的《建筑設計防火規范》中對耐火性能明確定義為“在標準耐火試驗條件下，建筑構件、配件或結構從受到火的作用時起，到失去穩定性、完整性或隔熱性時止的這段時間”（第2.0.1條），但在該規范的條文說明中則指出“本條主要與《消防基本術語 第一部分》GB5907-86中的有關定義相協調。但應注意的是，對于建筑構件，該耐火極限應按照《建筑構件耐火試驗方法》GB/T 9978規定的判定條件進行判定。在建筑構件耐火性能試驗方法中對分隔構件的耐火性能的判定是在耐火時間內即要滿足穩定性、完整性，同時也要滿足隔熱性。
    　　而在試驗條件上中、日兩國基本相同，均采用ISO834中的標準升溫曲線進行升溫，無論是隔墻還是樓板均為一側受火，若為承重構件則均需在試驗中加載。在中國，進行承重構件的加載試驗時，一般加載量為設計荷載的70%。作為中國試驗標準中的穩定性是指，試驗中水平構件最大變量不超過L/20（L為計算跨度）；柱最大變形量不超過H/100且最大變形速率不超過3H/1000（H為初始受火高度），若超過此值則認為其已喪失了承載力。由于對承重墻沒有具體而明確的變形條件要求，因此其穩定性的判斷參照柱構件。表2為中、日兩國在構件耐火性能試驗方面比較。
    　　表2 中、日兩國水平或垂直分隔構件耐火性試驗方法比較（略）
    　　對于構件的燃性能在中國的建規第2.0.2條中指出“不燃燒體：用不燃燒材料做成的建筑構件。”而住宅規范中的不燃性是與材料分級中的不燃性相對應的。在中國建筑材料的不燃性是按照《建筑材料分級方法》GB8624進行的。在中國建筑材料的燃燒性能分為不燃性、難燃性、可燃性、易燃性。而在日本另外還有一個準不燃級，它介于中國的不燃性與難燃性之間。這種材料在日本是可以用于耐火建筑中的，但在中國若用于不燃燒性的構件中就完全不可以。
    　　（二）薄板鋼構結構在中國應用中的防火安全問題
    　　通過中、日防火規范的對比，若將此類建筑在中國擴展至5層住宅，其耐火性能在原設計1小時的基礎上需再提高至1.5小時，這需要對墻板、樓板進行重新設計，按照中國標準進行測試。但由于耐火性能提高，且需要同時滿足耐火穩定性、完整性、隔熱性，因此可能會直接影響墻板、樓板的厚度或質量，因此結合結構設計綜合考慮是很有必要的。在重新設計時，可能會由于構件質量方面的考慮，選擇較輕的內部隔熱材料，但必須注意其整體構件的燃燒性能，以盡可能滿足不燃性為基準。《建筑材料防火分級方法》GB8624新版標準將于2007年3月起實施，由于新版標準中試驗方法的改變，實際上對于材料的分級更為嚴格，也就是說可能原來可以放行到不燃性級別的材料，而由此被劃分到難燃性級別中去。因此，在進行薄板鋼構墻板及樓板設計中應注意到這一點，并做好選材前的試驗準備。并選擇可以滿足新標準的建筑材料進行設計。
    　　因目前還沒有類似結構的墻體或樓板通過1.5h的耐火性能試驗，因此需要中、日雙方通過重新設計、試驗，方能確定是否此類系統的構件可以滿足中國規范的標準。
    　　在其他防火安全問題上，如建筑面積、防火間距、疏散長度等是完全可以通過建筑設計而控制的。
    　　（三）國內鋼結構住宅的防火問題
    　　在我國鋼結構建筑中，除低層別墅外。大部分采用的型鋼建筑，而這種建筑多為梁柱體系。在防火上主要是鋼柱和鋼梁的防火問題，因此多采用薄型或厚型防火涂料進行噴涂以達到不同的耐火極限要求。而一般情況下這種結構的建筑的樓板多為砼組合樓板，它們大多都能滿足耐火性能的要求。而對于這類結構的墻體，則大多為非承重墻，因此耐火性能的要求對于3級建筑而言也僅為0.5h，一般的輕鋼龍骨石膏板墻也可以達到。在中國型鋼結構的防火保護大多采用防火涂料噴涂而很少使用防火板保覆的方式，這主要是因為沒有足夠的試驗結果支持這樣的一種保護方式，由于防火板材多為脆性材料，在與鋼梁同時受力的情況下，極易脆斷而過早出現裂縫，導致過早的喪失材料的防火隔熱保護性。但型鋼結構的鋼結構住宅與輕鋼結構的住宅有著本質上的差別，它并不是墻、板體系。因此在防火側重點上是不同的。對于薄板鋼構建筑主要側重于墻、板的耐火性能上，而對于輕型鋼結構，則主要是側重于梁柱。
    　　無論哪種結構型式的鋼結構建筑，其主要的防火安全性能都集中在構件的耐火性能及材料的燃燒性能上，因此解決好這一問題是推廣此類建筑的關鍵。
    　　六、防火要求建議與下一步工作計劃
    　　綜合上述分析，要保證在中國建造薄板鋼骨結構體系多層住宅的防火安全，可從建筑的被動防火和主動防火兩方面著手開展相關研究。
    　　（一）防火要求建議
    　　研究薄板鋼骨結構體系多層住宅在被動防火方面要求達到的最低防火性能，對相應耐火等級建筑構件的耐火極限、防火間距、面積、長度和裝修材料，管道及其包覆材料，構件的內填充材料的燃燒性能等做出合理的防火要求。
    　　考慮到在我國擬建造的薄板鋼骨結構體系多層住宅建筑多為小戶型，其建筑的面積、長度、防火間距等應不難滿足現有規范要求，如何保證建筑構件的耐火極限達標是關鍵所在。
    　　對于規范要求必須達到一定耐火極限的薄板鋼骨結構構件，主要依靠對構件的包覆材料進行防火處理，以阻斷火焰與薄板鋼骨構件直接接觸。傳統的做法之一是在薄板鋼龍骨之間添加保溫隔熱材料，再在其外面覆蓋石膏板。所需采用的保溫隔熱材料或石膏板種類由構件所要達到的耐火極限決定。薄板鋼骨結構構件可以通過合理的選擇材料和組裝方法達到要求的耐火極限。
    　　日本已成熟應用的薄板鋼骨結構體系低層住宅，當滿足耐火建筑要求時，其建筑構件的耐火極限可以達到1.0h，其中墻體為不燃材料，樓板為準不燃材料。參照上文的表14，與我國規范對多層住宅建筑構件耐火極限的要求進行對比，可以看出，將日本現有的薄板鋼骨結構體系應用于我國多層住宅的建造，要滿足建筑構件耐火極限的要求，將承重墻的耐火極限提高到1.50h是首要的任務。可以通過增加石膏板的厚度或敷設層數，改變填充材料等方式來實現。同時，建議薄板鋼骨結構體系住宅內外墻及屋面至少應為難燃燒體。
    　　（二）下一步工作計劃
    　　由于目前的研究尚不充分，特別是缺乏必要的驗證試驗，如對薄板鋼骨結構的耐火極限要求，往往是對由薄板鋼骨、填充材料、覆面板等組成的整體結構而言，這些不同部分的組合會使整體結構的耐火極限等性能存在較大的差異。同時，由于各國規范對建筑構件耐火極限及材料燃燒性能的分類和試驗方法也各不相同，因此國外的一些規范規定和試驗結果只能作為參考。具體建筑構件的耐火極限需要根據我國相關標準經試驗確定。有關建筑物之間的防火間距、某些特殊情況下建筑防火設計的專門技術要求以及如何配置主動消防設施、如何設置消防安全疏散設施等，還需要進一步開展研究。為了更好地解決有關薄板鋼骨結構體系建筑的消防技術問題，建議以后開展如下研究工作：
    　　1．針對不同使用功能的薄板鋼骨結構體系建筑或住宅內的不同房間，如何合理的配置自動噴水滅火系統、火災報警系統、建筑滅火器、消火栓滅火系統等主動消防設施。
    　　2．根據我國設計應用的薄板鋼骨結構建筑的構件及其防火保護措施，開展部分典型試驗驗證。建議試驗內容：在標準火條件下構件的機械性能（偏移和失效時間、彎曲剛度、強度消減）、溫度變化和殘余橫截面的特性（形狀、炭化深度和截面模）等。
    　　3．結合理論計算和試驗驗證建筑物之間的防火間距要求。
    　　4．研究建筑物的消防安全疏散設施的設置條件及要求。
    　　5．研究當薄板鋼骨結構體系住宅建筑具備某些特定條件時的專門要求，如建筑物設置自動滅火系統后的防火分區建筑面積與建筑長度的調整要求、建筑物在一定條件下的防火間距調整要求等。
    　　七、 小結
    　　本項研究在于為在中國建造薄板鋼骨結構體系住宅提出建筑防火設計技術要求的建議。
    　　建筑防火主要由建筑的被動防火體系、建筑的主動消防體系、建筑的消防安全疏散系統等構成。建筑防火是一個完整的系統，建筑消防安全應是該系統中各子系統消防安全水平協調一致的結果。通過研究國外的相關規定，并考慮中國規范的歷史與現狀，可以認識到：在中國將薄板鋼骨結構體系應用于多層住宅時，其建筑防火設計的重點和核心問題是如何確定薄板鋼骨結構體系的耐火保護要求以及如何使其滿足這些要求。


    　　（中國建筑科學研究院防火研究所 所長/高工 李引擎、公安部天津防火研究所 處長/高級工程師 倪照鵬、公安部天津防火研究所工程師 郝愛玲、中國建筑科學研究院防火研究所高級工程 師史毅）
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